DE2548523C2 - Process for the production of electrolyte-stable, cationically modified silica sols - Google Patents

Process for the production of electrolyte-stable, cationically modified silica sols

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DE2548523C2 DE19752548523 DE2548523A DE2548523C2 DE 2548523 C2 DE2548523 C2 DE 2548523C2 DE 19752548523 DE19752548523 DE 19752548523 DE 2548523 A DE2548523 A DE 2548523A DE 2548523 C2 DE2548523 C2 DE 2548523C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kationisch modifizierter Kieselsäuresole, die in der Textilindustrie als Schiebefest- und Mattierungsmittel eingesetzt werden können, mit verbesserter Elektrolytstabilität. The invention relates to a process for the production of cationically modified silica sols which are used in the Textile industry can be used as anti-slip and matting agents, with improved electrolyte stability.

Kieselsäuresole haben von Natur aus anionischen Charakter. Bei ihrem bevorzugten Einsatz als Schiebefest- und Mattierungsmittel für Textilien werden sie in der Regel gemeinsam mit anderen Ausrüstungs- und Hilfsmitteln angewandt, weil ein getrennter Auftrag in einem gesonderten Arbeitsgang nicht rationell wäre. In den Fällen, in denen diese anderen Ausrüstungsmittel kationischen Charakter besitzen, käme es bei Einsatz anionischer Kieselsäure infolge der gegensinnigen Aufladung in der Regel zu Ausfällungen der Ausrüstungsflotte. Daher muß die Kieselsäure vorher umgeladen (kationisch modifiziert) werden.Silica sols are naturally anionic. In their preferred use as a non-sliding and matting agents for textiles, they are usually used together with other finishing and finishing agents Aids used because a separate order in a separate operation would not be efficient. In In those cases in which these other finishing agents have a cationic character, it would be used anionic silica, due to the opposing charging, usually leads to precipitation of the equipment liquor. The silica must therefore be reloaded (cationically modified) beforehand.

Verfahren zur Herstellung kationisch modifizierter Kieselsäuresole, beispielsweise mit basischen Aluminiumsalzen, sind seit langem bekannt. Die normalerweise unzureichende Lagerstabilität derartiger Sole ist bereits zufriedenstellend verbessert worden, beispielsweise gemäß der DT-OS 19 35 666, wobei eine Mischung von Kieselsäuresol und basischem Aluminiumchlorid erhitzt und anschließend ihr pH-Wert durch Zusatz von Basen auf 4,5 bis 6,5 eingestellt wird. Setzt man jedoch derartige Kieselsäuresole zur Textilausrüstung ein, so ist (zusätzlich zu dem Erfordernis der »richtigen« Ladung der Kieselsäureteilchen) in der Regel eine gute Elektrolytstabilität erforderlich, weil das Ausrüstungsbad mit anderen Ausrüstungsmitteln und/oder Hilfsstoffen versetzt wird, !st die Elektrolytstabilitilt nicht 6s ausreichend (wie im Fall der genannten DT-OS), so besteht selbst dann, wenn das Bad dem Augenschein nach noch einwandfrei ist. die Gefahr einer Fleckenbildung auf dem ausgerüsteten Gut. Insbesondere bei der gemeinsamen Anwendung mit einer Hydrophob.erausrüstung die meist Salze mehrwertiger Metalle enthält, ist die'Gefahr einer Fleckenbildung oder gar des Koaguiierens des ganzen Ausrüstungsbades gegeben.Process for the production of cationically modified silica sols, for example with basic aluminum salts, have long been known. The normally inadequate storage stability of such sols is already has been satisfactorily improved, for example according to DT-OS 19 35 666, with a mixture of Silica sol and basic aluminum chloride are heated and then their pH value by adding bases is set to 4.5 to 6.5. However, if such silica sols are used for textile finishing, then it is (in addition to requiring the "correct" charge on the silica particles) usually a good one Electrolyte stability required because the finishing bath with other finishing agents and / or auxiliaries is added, the electrolyte stability is not 6s sufficient (as in the case of the aforementioned DT-OS), so there is even if the bathroom is visible after is still flawless. the risk of staining on the finished product. Especially with the joint use with a hydrophobic finish which mostly contains salts of polyvalent metals, there is a risk of staining or even coagulation of the entire finishing bath.

In der DT-PS 17 67 934 wird ein Verfahren zur Herstellung pulverförmiger Kieselsäureprodukte beschrieben die mit Wasser elektrolytstabile Kieselsäuresole ergeben wobei kolloidale Kieselsäuresole mit einem pH-Wert von etwa 7,5 bis 10 unter starkem Rühren oder Turbinieren mit Lösungen mindestens eines basischen Salzes 3- oder 4-werliger Metalle zusammengegeben, der pH-Wert auf 0,5 bis 4.5 eingestellt und die erhaltenen Lösungen nach Zusatz von 10 bis 75 Gew.%, bezogen auf SiO2, einer hydrotropen Substanz und gegebenenfalls eines Puffergemisches sprühgetrocknet werden. Bei dem Versuch, derartige Lösungen - statt sie zu trockenen unmittelbar zur Textilausrüstung einzusetzen, erweisen sie sich als instabil, insbesondere gegenüber Elektrolytzusatz Der Umweg über das Trocknen der Lösungen und das Wiederauflösen der erhaltenen Pulver ist jedoch aufwendig und umständlich, abgesehen davon, daß das Wiederauflösen des einige Zeit gelagerten Pulvers in Wasser in der Regel nicht vollständig gelingt. Der Textilausrüster wünscht heutzutage für seine modernen, kontinuierlichen Alisrüstungsverfahren flüssige Ausrüstungsmittel, die maschinell exakt zudosiert und gepumpt werden können, also flüssig sind.DT-PS 17 67 934 describes a process for the production of powdered silicic acid products which produce electrolyte-stable silicic acid sols with water, colloidal silicic acid sols with a pH of about 7.5 to 10 with vigorous stirring or turbination with solutions of at least one basic salt 3- or 4-part metals are combined, the pH is adjusted to 0.5 to 4.5 and the resulting solutions are spray-dried after adding 10 to 75% by weight, based on SiO 2 , of a hydrotropic substance and, if necessary, a buffer mixture. When attempting to use such solutions - instead of using them too dry directly for textile finishing - they prove to be unstable, especially with regard to the addition of electrolytes of the powder stored for some time in water does not usually succeed completely. Nowadays, textile equipment manufacturers want liquid finishing agents for their modern, continuous aluminum finishing processes that can be precisely metered and pumped mechanically, i.e. are liquid.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Elektrolytstabilität kationisch modifizierter Kieselsäuresole so zu verbessern, daß die Gefahr einer Fleckenbildung oder des Koaguiierens bei gemeinsamer Anwendung mit ai.deren Ausrüstungsmitteln und/oder Elektrolyten vermieden wird.The invention was therefore based on the object of improving the electrolyte stability of cationically modified silica sols to improve so that the risk of staining or coagulation when joint Use with any of their equipment and / or electrolytes is avoided.

Es wurde nun gefunden, daß dieses Ziel erreicht werden kann durch ein Verfahren zur Herstellung elektrolyt-stabiler kationisch modifizierter Kieselsäuresole mit Hilfe von Aluminiumsalzen, wobei man ein anionisches Kieselsäuresol mit einem SiO2-Gehalt von 5 bis 50, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.%, einem Korndurchmesser von 5 bis 120, vorzugsweise 10 bis 50 nm und einem durch Säurezusatz eingestellten pH-Wert von 4,5 bis 7,5, vorzugsweise 5,0 bis 7,0 und insbesondere 5,5 bis 6,8 unter normalem Rühren bei 0 bis 50, vorzugsweise 15 bis 40" C in eine solche Menge einer 5 bis 50, vorzugsweise 15 bis 40 gewichtsprozentigen wäßrigen Aluminiumsalzlösung vom pH-Wert 3 bis 5,5, vorzugsweise 4 bis 5, einfließen läßt, daß das Molverhältnis Aluminium: SiO2, 0,4:10 bis 3:10, vorzugsweise 1 :10 bis 2 : 10 beträgt, und durch Zusatz von 20 bis 100, vorzugsweise 40 bis 70 Gew.%, bezogen auf SiO2, Natrium-, Kalium- oder Ammoniumacetal: einen pH-Wert im Bereich von 4,8 bis 6, vorzugsweise 5,0 bis 5,5 einstellt.It has now been found that this aim can be achieved by a process for the production of electrolyte-stable, cationically modified silica sols with the aid of aluminum salts, an anionic silica sol with an SiO 2 content of 5 to 50, preferably 20 to 40% by weight. , a grain diameter of 5 to 120, preferably 10 to 50 nm and a pH value of 4.5 to 7.5, preferably 5.0 to 7.0 and in particular 5.5 to 6.8, adjusted by the addition of acid, with normal stirring at 0 to 50, preferably 15 to 40 "C, in such an amount of a 5 to 50, preferably 15 to 40 percent by weight aqueous aluminum salt solution with a pH of 3 to 5.5, preferably 4 to 5, that the molar ratio aluminum: SiO 2 , 0.4: 10 to 3:10, preferably 1:10 to 2:10, and by adding 20 to 100, preferably 40 to 70% by weight, based on SiO 2 , sodium, potassium or Ammonium acetal: a pH in the range 4.8 to 6, preferably 5.0 to 5.5 ei n adjusts.

Als Aluminiumsalz kommen alle ausreichend wasserlöslichen Aluminiumsalze organischer und anorganischer Säuren in Betracht, beispielsweise Chlorid, Nitrat, Formiat, Acetat, Lactat. Die Salze organischer Säuren, insbesondere die Formiate und Acetate, werden bevor/.ugt. Die »neutralen«, also hydroxylgruppenfreien Aluminiumsalze organischer Säuren, wie Triformiat und Triacetat, ergeben ebenso wie die »basischen«, also hydroxylgruppenhaltigen Aluminiumsalze anorganischer Säuren unmittelbar Lösungen mit pH-Werten in dem im Sinne der Erfindung erforderlichen Bereich von 3 bis 6, wohingegen die »neutralen« Aluminiumsalze der starken anorganischen Säuren, beispielsweise Alumini-All sufficiently water-soluble aluminum salts, organic and inorganic, are used as aluminum salts Acids into consideration, for example chloride, nitrate, formate, acetate, lactate. The salts of organic acids, especially the formates and acetates are preferred. The "neutral" ones, that is, free from hydroxyl groups Aluminum salts of organic acids, such as triformate and triacetate, result in the same way as the "basic" ones, ie hydroxyl-containing aluminum salts of inorganic acids directly solutions with pH values in the range from 3 to 6 required in the context of the invention, whereas the "neutral" aluminum salts of strong inorganic acids, for example aluminum

umtrinitrat und Aluminiumtriehlorid, stärker saurere Lösungen ergeben, deren pH-Wert dann durch Zusatz von Basen, beispielsweise Ammoniak, auf den gewünschten Wert eingestellt werden muß.trinitrate and aluminum tri-chloride, more acidic Solutions are obtained whose pH value is then adjusted to the desired value by adding bases, for example ammonia Value must be set.

Anionische Kieselsäuresole, die als Ausgangsmaterial 5 für die Herstellung der erfindungsgemäßen Sole geeignet sind, bestehen aus im wesentlichen fremdsalzfreien, wäßrigen SiO^-Solen, wie sie beispielsweise aus Wasserglas durch Behandlung mit Ionenaustauschern gewonnen werden und handelsüblich sind.Anionic silica sols used as starting material 5 for the production of the sols according to the invention are suitable, consist of essentially foreign salt-free, aqueous SiO ^ sols, such as those from Water glass are obtained by treatment with ion exchangers and are commercially available.

Der Begriff »Elektrolytstabilität« ist nicht absolut aufzufassen, sondern in dem Sinne, daß die Kieselsäuresole den Anforderungen der Praxis genügen, d. h., daß sie mit anderen kationischen Ausrüstungsmitteln und Hilfsstoffe wie Katalysatoren in den praxisüblichen Konzentrationen verträglich sind. Mit »normalem Rühren« soll nur gesagt sein, daß ein Schnellrührer oder sonstiges aufwendiges Mischaggregat nicht erforderlich ist, sondern einfaches Zusammengeben des Kieselsäuresol und der Salzlösung und Mischen ausreichen. Zweckmäßig wird dabei das Kieselsäuresol in die vorgelegte Aluminiumsalzlösung gegossen.The term "electrolyte stability" is not to be understood absolutely, but in the sense that the silica brine meet the requirements of practice, d. that is, that they are with other cationic finishing agents and Auxiliaries such as catalysts are compatible in the concentrations customary in practice. With »normal Stir "should only be said that a high-speed stirrer or other complex mixing unit is not required is, but simply adding the silica sol and the salt solution and mixing them together is sufficient. The silica sol is expediently poured into the aluminum salt solution provided.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu äußerst lagerbeständigen und elektrolytstabilen Lösungen, die allen Anforderungen der Praxis genügen. Der Erfolg des Verfahrens hängt allerdings wesentlich von der genauen Einhaltung der angegebenen Verfahrensbedingungen ab.The process according to the invention leads to extremely storage-stable and electrolyte-stable solutions which meet all practical requirements. The success of the procedure, however, depends essentially on the exact Compliance with the specified procedural conditions.

Die in den Beispielen angegebenen Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht.The parts and percentages given in the examples are based on weight.

Beispiel 1example 1

Man bereitet eine Mischung aus 37 Teilen 18,5%iger wäßriger Lösung von Al(HCOO)3 (pH 3,7) und 33 Teilen 24%iger wäßriger Lösung von NH4CH3COO. Die Lösung hat einen pH-Wert von 5. In diese stark gepufferte Lösung läßt man langsam und unter normalem Rühren 50 Teile eines 30%igen wäßrigen Kieselsols (SKVTeilchengröße 18 — 20 nm, spez. Oberfläche 180 m7/g, pH der kolloidalen Kieselsäure mit 0,6 Teilen 10%iger Essigsäure von ursprünglich 8,5 auf 6,8 eingestellt) bei Raumtemperatur zufließen.A mixture of 37 parts of 18.5% aqueous solution of Al (HCOO) 3 (pH 3.7) and 33 parts of 24% aqueous solution of NH4CH3COO is prepared. The solution has a pH of 5. 50 parts of a 30% strength aqueous silica sol (SKV particle size 18-20 nm, specific surface 180 m 7 / g, pH of the colloidal silica are slowly added to this strongly buffered solution, with normal stirring) adjusted with 0.6 parts of 10% acetic acid from originally 8.5 to 6.8) flow in at room temperature.

Man erhält eine opake, kolloidale, kationisch modifizierte Kieselsäure von pH 5,1 mit sehr guter Lagerstabilität. Bei der einbadigen, gemeinsamen Anwendung von Hydrophobiermitteln und Elektrolytzusätzen wie Katalysatoren zeichnet sich dieses positiv aufgeladene Kieselsäuresol durch ausgezeichnete Badverträglichkeit aus.An opaque, colloidal, cationically modified silica of pH 5.1 with very good Storage stability. With the single bath, joint application of water repellants and electrolyte additives Like catalysts, this positively charged silica sol is characterized by excellent bath compatibility the end.

Beispiel 2Example 2

Zum Einstellen des pH-Wertes auf 5,0 der im Beispiel 1 angegebenen A1(HCOO)3-Lösung werden 36 Teile 5O"/oiger Lösung von NaOOCCH3 χ 3H2O verwendet. Ansonsten wird das Beispiel I wiederholt.To adjust the pH to 5.0 of the A1 (HCOO) 3 solution given in Example 1, 36 parts of 50% solution of NaOOCCH 3 χ 3H 2 O are used. Otherwise, Example I is repeated.

Beispiel 3Example 3

In die Lösung von 8 Teilen AI(NO3J3 χ 6H2O in 30 Teilen Wasser (pH der Lösung 2,0) gibt man 5 Teile 10%iger wäßriger Ammoniaklösung. Die entstehende Ausflockung löst man bei 50-6O0C unter leichtem Rühren. Durch Zusatz von 25 Teilen einer 25%igen wäßrigen Ammonacetatlösung wird der pH-Wert der Lösung von 3 auf 5 eingestellt. Der gepufferten und auf 35°C abgekühlten Lösung läßt man anschließend 45 Teile des bereits in Beispiel 1 beschriebenen Kieselsols (pH 6,8) unter normalem Rühren zufließen. Man erhält eine stabile, milchige, kolloidale, kationaktive Lösung mit einem ρ H-Wert von 5,1, die eine ausgezeichnete Badverträglichkeit beim einbadigen Hydrophobieren und Schiebefestmachen von Textilien aufweist.In the solution of 8 parts of Al (NO 3 J χ 3 6H 2 O in 30 parts of water (pH of the solution 2.0) are added 5 parts of 10% aqueous ammonia solution. The resulting flocculation is dissolved at 50-6O 0 C under By adding 25 parts of a 25% strength aqueous ammonium acetate solution, the pH of the solution is adjusted from 3 to 5. 45 parts of the silica sol already described in Example 1 (pH 6.8) with normal stirring. This gives a stable, milky, colloidal, cation-active solution with a ρ H value of 5.1, which has excellent bath compatibility for single-bath hydrophobization and slip-proofing of textiles.

Beispiel 4Example 4

Man bereitet eine Lösung aus 70 Teilen AI(HCOO)3, 570 Teilen Leitungswasser und 90 Teilen NH4-acetat (pH 5,0). Anschließend läßt man bei Raumtemperatur dieser Lösung unter normalem Rühren 510 Teile 30%iges Kieselsol zufließen (SiO2-Teilchengröße 25-30 nm, spezif. Oberfläche, 100 m2/g, pH von 8,5 auf 6,1 mit 5 Teilen Essigsäure 10% eingestellt). Man erhält eine milchige, kolloidale, stabile Lösung mit gleichen Eigenschaften wie bei den Beispielen 1 bis 3.A solution is prepared from 70 parts of Al (HCOO) 3 , 570 parts of tap water and 90 parts of NH 4 acetate (pH 5.0). 510 parts of 30% silica sol (SiO 2 particle size 25-30 nm, specific surface area, 100 m 2 / g, pH from 8.5 to 6.1 with 5 parts of acetic acid are then allowed to flow into this solution at room temperature with normal stirring 10% set). A milky, colloidal, stable solution with the same properties as in Examples 1 to 3 is obtained.

Beispiel 5Example 5

Zu der Lösung von 90 Teilen Al-Acetat mit einer Konzentration entsprechend einem Al2OrGehalt von 26% in 300 Teilen Wasser läßt man langsam unter normalem Rühren 500 Teile des im Beispiel 1 beschriebenen Kieselsols (pH 6,8) zufließen. Die Endeinstellung des pH-Wertes auf 5,2 erfolgt durch 180 Teile einer 50%igen wäßrigen Ammonacetatlösung. Man erhält eins klare kolloidale, stabile Lösung mit gleichen Eigenschaften wie bei den Beispielen 1 bis 4.500 parts of the silica sol described in Example 1 (pH 6.8) are slowly added to the solution of 90 parts of Al acetate with a concentration corresponding to an Al 2 Or content of 26% in 300 parts of water, with normal stirring. The final adjustment of the pH to 5.2 takes place with 180 parts of a 50% strength aqueous ammonium acetate solution. A clear, colloidal, stable solution with the same properties as in Examples 1 to 4 is obtained.

Beispiel 6Example 6

Das Beispie! 5 wird unter Verwendung des in Beispiel 4 beschriebenen Kieselsols (400 Teile) wiederholt.The example! 5 is made using the in example 4 described silica sol (400 parts) repeated.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung elektrolyt-stabiler kationisch modifizierter Kieselsäuresole mit Hilfe von Aluminiumsalzen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein anionisches Kieselsäureso! mit einem SiOrGehalt von 5 bis 50 Gew.%, einem Korndurchmesser von 5 bis 120 nm und einem pH-Wert von 4,5 bis 7,5 unter Rühren bei 0 bis 50°C in eine solche Menge einer 5- bis 50%igen wäßrigen Aluminiumsalzlösung vom pH-Wert 3 bis 5,5 einfließen läßt, daß das Molverhältnis Aluminium: SiO2 0,4 bis 3 : 10 beträgt, und durch Zusatz von 20 bis 100 Gew.%, bezogen auf SiO2, Natrium-, Kalium- oder Ammoniumace'.at einen pH-Wert im Bereich von 4,8 bis 6 einstellt.1. A process for the preparation of electrolyte-stable, cationically modified silica sols with the aid of aluminum salts, characterized in that an anionic silica! with an SiOr content of 5 to 50% by weight, a grain diameter of 5 to 120 nm and a pH value of 4.5 to 7.5 with stirring at 0 to 50 ° C in such an amount of 5 to 50% Aqueous aluminum salt solution of pH 3 to 5.5 is allowed to flow in so that the molar ratio aluminum: SiO 2 is 0.4 to 3:10, and by adding 20 to 100% by weight, based on SiO 2 , sodium, potassium - or Ammoniumace'.at sets a pH value in the range from 4.8 to 6. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wäßrige Aluminiumsalzlösung eine solche einer organischen Säure eingesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an aqueous aluminum salt solution such an organic acid is used. 3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Aluminiumsalz ein neutrales oder basisches Formiat oder Acetat eingesetzt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the aluminum salt is a neutral or basic formate or acetate is used. 4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Aluminiumsalz das Triformiat oder Triacetat eingesetzt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the aluminum salt Triformate or triacetate is used. 5. Verwendung einer gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 hergestellten Lösung zur Schiebefestausrüstung und/oder Mattierung von Textilien.5. Use of a solution prepared according to claims 1 to 4 for fixed sliding equipment and / or matting of textiles. .1°.1 °
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